Włączanie amperomierza i woltomierza

Podstawy programowe: KS3, cycle 4, Sek I

Otwórz pełną wersję ↗

Cel

Nauczyć się włączać amperomierz szeregowo z odcinkiem obwodu, a woltomierz równolegle do niego.

Układ

Źródło 6 V, amperomierz, opornik 100 Ω; woltomierz jest włączony równolegle do opornika. Mierniki są w trybie DC.

Przebieg doświadczenia

1. Zapisać wskazania amperomierza i woltomierza.
2. Przeciągnąć drugi amperomierz z panelu Elementy i podłączyć go kablami równolegle do opornika.
3. Usunąć zbędny amperomierz i włączyć źródło przyciskiem zasilania.
4. Włączyć woltomierz do obwodu szeregowo: usunąć kabel między amperomierzem a opornikiem i przenieść kable woltomierza — kabel z „+” do wyjścia amperomierza, kabel z „−” do lewego gniazda opornika. Zapisać wskazania obu mierników.

Oczekiwany wynik

Amperomierz wskazuje około 59,6 mA, woltomierz około 5,96 V. Amperomierz włączony równolegle ma prawie zerowy opór i zwiera opornik: w obwodzie zostają tylko opór wewnętrzny źródła i dwa amperomierze. Natężenie prądu przekracza 7 A, zabezpieczenie przed przeciążeniem wyłącza źródło, a wskaźnik zasilania miga na czerwono. Po usunięciu zbędnego amperomierza i włączeniu źródła wskazania są takie same jak wcześniej.

Woltomierz włączony szeregowo wskazuje prawie całe napięcie źródła, około 6,00 V, a amperomierz praktycznie zero (mniej niż mikroamper): opór woltomierza, 10 MΩ, jest sto tysięcy razy większy niż opór opornika i woltomierz prawie nie przepuszcza prądu. Na oporniku nie ma przy tym prawie żadnego napięcia: miernik włączony szeregowo „zabiera” je całe.

Pytania

1. Dlaczego amperomierz musi mieć mały opór, a woltomierz duży?
2. Dlaczego woltomierz włączony szeregowo wskazuje prawie napięcie źródła, a prąd w obwodzie zanika?

Odpowiedzi

1. Amperomierz włącza się szeregowo, więc jego opór dodaje się do oporu obwodu i musi być mały, aby miernik nie zmniejszał natężenia prądu, które mierzy: tutaj 0,1 Ω wobec 100 Ω. Woltomierz włącza się równolegle i odciąga od mierzonego odcinka część prądu; przy 10 MΩ wobec 100 Ω ta część to mniej więcej jedna stutysięczna natężenia prądu płynącego przez opornik.
2. Przy połączeniu szeregowym 10 MΩ woltomierza dodaje się do opornika 100 Ω, więc natężenie prądu wynosi tylko \(I = U / R\) ≈ 6 V / 10 MΩ = 0,6 µA. Przy takim natężeniu na oporniku jest tylko około 60 µV, na amperomierzu i źródle jeszcze mniej, a prawie całe 6 V przypada na woltomierz.